La complexité des êtres vivants est entraînée, en grande partie, par la grande diversité des types cellulaires. Puisque toutes les cellules d'un organisme partagent les mêmes gènes, la diversité des cellules doit provenir des protéines particulières qui sont exprimées. Les cellules du cerveau sont généralement divisées en neurones et en glie. Au sein de ces deux catégories, cependant, se trouve une grande diversité de types cellulaires que nous commençons seulement à découvrir. La diversité des types de cellules dans le cerveau et d'autres tissus a récemment été élargie par de nouvelles techniques, comme le séquençage d'ARN, qui identifient et mesurent les ARNm présents dans une cellule, le soi-disant transcriptome. Bien que les ARNm soient la matrice des protéines, le transcriptome est un mauvais indicateur des protéines qu'une cellule fabrique réellement, le protéome. Des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la recherche sur le cerveau à Francfort ont maintenant développé de nouvelles méthodes pour détecter les changements en temps réel dans le protéome.

S'appuyant sur une technologie antérieure, développé par le Lab d'Erin Schuman à l'Institut Max Planck et les collaborateurs David Tirrell de Caltech et Daniela Dieterich de l'Université de Magdebourg, Beatriz Alvarez-Castelao et ses collègues ont profité d'un système d'étiquetage « métabolique » des protéines. Dans ce système, les protéines pendant la synthèse sont "marquées" avec un acide aminé, lequel est, sous des conditions normales, pas présent dans ces cellules. Afin de marquer exclusivement les protéines d'un type cellulaire particulier, l'équipe de recherche a utilisé une méthionyl ARNt synthétase mutante (MetRS) qui reconnaît l'acide aminé modifié. Ils ont ensuite créé une lignée de souris dans laquelle le MetRS peut être exprimé dans des types cellulaires spécifiques. Lorsque l'acide aminé non canonique est administré aux souris MetRS mutantes via l'eau de boisson, seules les protéines dans les cellules exprimant le mutant metRS sont marquées.

Les protéines marquées dans les cellules peuvent être visualisées et reconnues avec des anticorps ou peuvent être extraites et identifiées par spectrométrie de masse. Alvarez-Castelao :« Nous avons utilisé la technique pour identifier deux ensembles différents de protéines cérébrales, ceux présents dans les neurones excitateurs de l'hippocampe, une structure cérébrale importante pour la navigation, l'apprentissage et la mémoire des animaux, et les neurones inhibiteurs du cervelet, une structure impliquée dans le comportement moteur.

Une caractéristique particulièrement frappante de cette technologie est que l'on peut détecter directement les changements dans les protéines du cerveau en réponse à un environnement modifié. Des souris élevées dans un environnement sensoriel enrichi avec un labyrinthe, roue courante, et des jouets de textures variées ont montré des changements significatifs dans le protéome de l'hippocampe, en particulier dans les protéines qui agissent au niveau des synapses neuronales. Schuman :« Nous pensons que, en combinant cette souris avec d'autres modèles de souris « maladie », cette méthode peut être utilisée pour découvrir les protéines dans des types cellulaires particuliers et comment les protéomes changent au cours du développement du cerveau, apprentissage, mémoire et maladie."